DE10054317A1 - Brennkraftmaschine mit drei und mehr Zylindern - Google Patents
Brennkraftmaschine mit drei und mehr ZylindernInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/22—Compensation of inertia forces
- F16F15/24—Compensation of inertia forces of crankshaft systems by particular disposition of cranks, pistons, or the like
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- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
- F02B2075/1804—Number of cylinders
- F02B2075/1812—Number of cylinders three
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit N >= 3 Zylindern, in denen jeweils ein Kolben oszillierend vorgesehen ist, und mit einer Kurbelwelle mit N Kurbelkröpfen, wobei jeweils eine Kurbelkröpfung mit einem Kolben in kraftübertragender Weise verbunden ist, wobei die Kurbelkröpfungen der Kurbelwelle in einer Ansicht in Richtung der Längsachse der Kurbelwelle an vorbestimmten Winkelpositionen zu einem Kurbelstern angeordnet sind. Hierbei sind die Kurbelkröpfungen in dem Kurbelstern derart angeordnet, daß die zu diesem Kurbelstern gehörende Zündfolge unter allen möglichen Zündfolgenvarianten der Zylinderzahl N die niedrigsten Momentanamplituden 2. Ordnung aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit N ≧ 3 Zylindern, in denen jeweils ein
Kolben oszillierend vorgesehen ist, und mit einer Kurbelwelle mit N Kurbelkröpfungen,
wobei jeweils eine Kurbelkröpfung mit einem Kolben in kraftübertragender Weise
verbunden ist, wobei die Kurbelkröpfungen der Kurbelwelle in einer Ansicht in Richtung
der Längsachse der Kurbelwelle an vorbestimmten Winkelpositionen zu einem
Kurbelstern angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei bekannten 5-Zylinder-Reihenmotoren wird derzeit diejenige Zündreihenfolge
gewählt, welche das geringste Anregungspotential bzgl. Massenwirkung des
Kurbeltriebes besitzt. Dies ist, wie beispielsweise aus "Kraftfahrttechnisches
Taschenbuch", Bosch, 23. Auflage, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg, 1999, Seite 395
bekannt, die Zündfolge 1-2-4-5-3. Die trotz der Verwendung der optimierten Zündfolge
noch verbleibenden Massenmomente werden durch Ausgleichswellen kompensiert. Um
Momente 2. Ordnung zu neutralisieren, sind zwei Ausgleichswellen erforderlich, die mit
der doppelten Kurbelwellendrehzahl rotieren, wie aus der DE 40 19 304 C1 bekannt.
Trotz geringerer Amplitude erzeugen die Anregungen 1. Ordnung Schwingwege, die für
Komfortaggregate auszugleichen sind, so daß bisher insgesamt drei Ausgleichswellen
vorgesehen werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der
obengenannten Art bzgl. des Schwingungskomforts zu verbessern und bzgl. des
Ausgleichs von Massenmomenten bzw. Massenkräften zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der oben genanntenArt mit
den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kurbelkröpfungen in dem Kurbelstern
derart angeordnet sind, daß die zu diesem Kurbelstern gehörende Zündfolge unter allen
möglichen Zündfolgenvarianten der Zylinderzahl N die niedrigsten Momentenamplituden
2. Ordnung aufweist.
Dies hat den Vorteil, daß sich eine mechanisch einfachere und gleichzeitig wirksamere
Neutralisierung von Massenmomenten erzielen läßt. So wird beispielsweise bei einer 5-
Zylinder-Brennkraftmaschine unter Abkehr von der bisherigen Zündfolge 1-2-4-5-3 eine
bisher im Stand der Technik bzgl. der auftretenden Massenmomente als unbrauchbar
erachtete Zündfolge 1-4-3-2-5 gewählt. In überraschender Weise hat sich
herausgestellt, daß die in der Amplitude höheren Massenmomente durch nur eine
einzige Ausgleichswelle neutralisiert werden können.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung der
Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine grafische Darstellung eines herkömmlichen Kurbelsterns,
Fig. 2 eine grafische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kurbelsterns,
Fig. 3 eine grafische Darstellung von Massenmomenten einer herkömmlichen
Kurbelwelle mit dem Kurbelstern gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 eine grafische Darstellung von Massenmomenten einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Kurbelwelle mit dem Kurbelstern gemäß Fig. 2.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand eines 5-Zylinder-Reihenmotors mit
gleichmäßiger Zündfolge erläutert. Fig. 2 veranschaulicht einen Kröpfungsstern einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Kurbelwelle, wobei bei 0 Grad die dem ersten Zylinder
zugeordnete Kurbelkröpfung, bei 72 Grad die dem dritten Zylinder zugeordnete
Kurbelkröpfung, bei 144 Grad die dem fünften Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung, bei
216 Grad die dem vierten Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung und bei 288 Grad die
dem zweiten Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung vorgesehen ist. Bei einer
gleichmäßigen Zündfolge von 720/5 = 144 Grad ergibt sich damit für die Zylinder 1 bis 5
die Zündfolge 1-4-3-2-5. Im Vergleich dazu lautet die Zündfolge einer herkömmlichen 5-
Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Kurbelstern gemäß Fig. 1: 1-2-4-5-3.
Fig. 3 und 4 veranschaulichen jeweils verbleibende Massenwirkungen
(Massenmomente) für die Kurbelsterne gemäß Fig. 1 und 2, wobei von einem teilweisen
Ausgleich der oszillierenden Massen auf der Kurbelwelle ausgegangen wird. Hierbei ist
jeweils auf der horizontalen Achse 10 ein Kurbelwinkel in Grad und auf der vertikalen
Achse 12 ein Moment in mo.r.ω2.a aufgetragen, wobei mo = oszillierende Masse [kg],
r = Kurbelradius [m], ω = Kurbelwellendrehzahl [rad/s] und a = Zylinderabstand [m] ist.
Die durchgezogene Linie 14 ist jeweils das Massenmoment um die x-Achse, und die
gestrichelte Linie 16 ist jeweils das Massenmoment um die y-Achse, wobei die x-Achse
und die y-Achse senkrecht zur Kurbelwellenachse entsprechend Fig. 1 bzw. Fig. 2
verlaufen.
Eine Analyse der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Momentenverläufe ergibt folgende
Amplituden der harmonischen Anteile:
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abkehr von der herkömmlichen Zündfolge
des Kurbelsterns gemäß Fig. 1 zu der Zündfolge des Kurbelsterns gemäß Fig. 2 erhöht
sich die Momentenamplitude 1. Ordnung, wohingegen die Momentenamplitude
2. Ordnung derart stark fällt, daß eine Kompensation mittels Ausgleichswellen nicht
mehr erforderlich ist. Es ergibt sich daher das überraschende Ergebnis, daß die
Massenmomente mit einer einzigen Ausgleichswelle wirksam neutralisiert werden
können, obwohl hinsichtlich der Massenmomente bzw. Massenkräfte eine
Verschlechterung zu erwarten gewesen wäre.
Bei Brennkraftmaschinen mit N gleich drei oder mehr Zylindern ergeben sich rein
kombinatorisch mehrere mögliche Anordnungen der Kurbelkröpfungen im
Kröpfungsstern mit jeweils zugeordneten Zündfolgen bei gleichmäßigem Zündabstand.
Erfindungsgemäß wird bei Dominanz der Anregung durch Massenmomente gegenüber
Massenkräften vorgeschlagen, aus dieser Mehrzahl von Kröpfungssternen für eine
vorbestimmte Zylinderzahl N jeweils denjenigen Kröpfungsstern auszuwählen, welcher
die niedrigsten Momentenamplituden 2. Ordnung aufweist. Entgegen der im Stand der
Technik vorherrschenden Ansicht läßt sich dadurch eine Vereinfachung und
Verbesserung des Momentenausgleichs erzielen.
Claims (5)
1. Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit N ≧ 3 Zylindern, in
denen jeweils ein Kolben oszillierend vorgesehen ist, und mit einer Kurbelwelle mit
N Kurbelkröpfungen, wobei jeweils eine Kurbelkröpfung mit einem Kolben in
kraftübertragender Weise verbunden ist, wobei die Kurbelkröpfungen der
Kurbelwelle in einer Ansicht in Richtung der Längsachse der Kurbelwelle an
vorbestimmten Winkelpositionen zu einem Kurbelstern angeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kurbelkröpfungen in dem Kurbelstern derart angeordnet
sind, daß die zu diesem Kurbelstern gehörende Zündfolge unter allen möglichen
Zündfolgenvarianten der Zylinderzahl N die niedrigsten Momentenamplituden
2. Ordnung aufweist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zündabstand einen Winkel von 720/N Grad Kurbelwelle aufweist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die N
Kurbelkröpfungen im Kurbelstern gleichmäßig um einen Winkel von 360/N Grad
versetzt zueinander angeordnet sind.
4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß N = 5 ist und der Kurbelstern bei 0 Grad die dem
ersten Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung, bei 72 Grad die dem dritten Zylinder
zugeordnete Kurbelkröpfung, bei 144 Grad die dem fünften Zylinder zugeordnete
Kurbelkröpfung, bei 216 Grad die dem vierten Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung
und bei 288 Grad die dem zweiten Zylinder zugeordnete Kurbelkröpfung aufweist,
wobei die Zündfolge 1-4-3-2-5 lautet.
5. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die N Zylinder in Reihe angeordnet sind.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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DE2000154317 DE10054317A1 (de) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Brennkraftmaschine mit drei und mehr Zylindern |
Publications (1)
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ID=7661905
Family Applications (1)
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DE2000154317 Withdrawn DE10054317A1 (de) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Brennkraftmaschine mit drei und mehr Zylindern |
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DE (1) | DE10054317A1 (de) |
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Also Published As
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